El átomo de Bohr
Todo lo que nos rodea —aire, agua, nuestro cuerpo y el metal del teléfono— está formado por alrededor de cien tipos de átomos. El sodio reacciona violentamente con el agua; el neón casi no reacciona con nada. Para entender por qué las sustancias difieren tanto, primero necesitamos saber qué hay dentro del átomo y cómo se ordenan sus partes. La atracción eléctrica descrita por la ley de Coulomb mantiene los electrones cerca del núcleo; su disposición determina cómo se unen los átomos en las páginas de enlace iónico y enlace covalente.
Las bolas y los círculos de un dibujo atómico son fáciles de reconocer; lo difícil es entender qué nos ayuda a explicar la imagen. Esta página conserva el proceso de cambio de los modelos: cuando nuevas observaciones no podían explicarse, había que revisar la representación del átomo. Al llegar al modelo de núcleo y capas electrónicas, elige un elemento y cuenta por separado protones, neutrones y electrones, relacionando cada partícula con su posición y carga. No mires solo el total final: observa qué cambio de partícula modifica la identidad del elemento y cuál cambia su carga global. Así, los nombres se vinculan con diferencias comprobables.
Explorar un átomo ↓01De una esfera maciza a un átomo con partes
Algunos pensadores de la antigua Grecia propusieron que la materia estaba formada por unidades muy pequeñas que no podían dividirse más. La palabra atom viene de atomos, que significa «indivisible». Fue una idea temprana sobre la materia; los experimentos mostrarían después que el átomo mismo tiene partes más pequeñas.
El modelo de Dalton
Dalton usó los átomos para explicar patrones en las reacciones químicas. Su átomo se representa como una esfera pequeña y maciza, sin estructura interna.
Una partícula cargada más pequeña
J. J. Thomson estudió los rayos catódicos. Su desviación en campos eléctricos y magnéticos mostró que contenían partículas pequeñas con carga negativa: electrones. El átomo ya no podía tratarse como una esfera maciza indivisible.
Un núcleo y capas de electrones
Los experimentos de dispersión llevaron a Rutherford a un núcleo pequeño y positivo. Bohr situó después los electrones en órbitas permitidas a su alrededor. Así obtenemos una imagen que se puede construir e inspeccionar parte por parte.
02¿Qué partículas vamos a poner en el modelo?
Primero separamos el átomo en la nucleo central y los electrones de su exterior. En el modelo de abajo, las esferas rojas son protones, las grises neutrones y las azules más pequeñas electrones. Protones y neutrones forman el núcleo; los electrones se muestran en capas. En este dibujo estilo Bohr, los electrones giran en anillos para poder contar las poblaciones de cada capa. Estos anillos no son trayectorias electrónicas de la teoría cuántica moderna. Volveremos a esta distinción con la nube de electrones.
Protón
En el núcleo
- Carga relativa
- Masa relativa
Neutrón
En el núcleo
- Carga relativa
- Masa relativa
Electrón
Fuera del núcleo
- Carga relativa
- Masa relativa
Aquí tomamos la masa de un protón como 1. Un neutrón tiene casi la misma masa, mientras que la de un electrón es solo de esa masa. Por eso la mayor parte de la masa del átomo está en su núcleo. La carga funciona distinto: un protón y un electrón tienen la misma cantidad de carga, con signos opuestos. Un neutrón no tiene carga eléctrica.
El +1 y el −1 usan una carga elemental como unidad. Una carga elemental es la que lleva un protón o un electrón. Su magnitud se escribe : un protón lleva +e y un electrón −e. El símbolo representa el culombio, la unidad de carga eléctrica. 10⁻¹⁹ significa 1 dividido entre 10 diecinueve veces, así que el primer 1 aparece en el decimonoveno decimal; escrito como decimal, esta carga es solo 0.00000000000000000016 culombios.
El núcleo que se muestra aquí incorpora hallazgos posteriores a Bohr: el neutrón se descubrió en 1932. Además, el hidrógeno-1 es una excepción: su núcleo es solo un protón, sin neutrones.
03Elige un elemento y cuenta sus partículas
Empezamos con el carbono. Elige otro elemento en la tabla periódica bajo el modelo. El número superior de la casilla de cada elemento es su número atómico: indica cuántos protones tiene el átomo. Si cambia ese número, cambia el elemento.
Todos son átomos neutros: la carga positiva de los protones y la negativa de los electrones suman cero. Como cada protón lleva +1 y cada electrón −1, un átomo neutro debe tener el mismo número de ambos. Sigue las esferas azules desde la capa más interna hacia fuera o selecciona una capa en la lista para resaltarla.
12 es el número total de protones y neutrones. Restamos los 6 protones: 12 − 6 = 6 neutrones. Los átomos de un mismo elemento pueden tener distintos números de neutrones; se llaman isótopos. El modelo elige para cada elemento un isótopo indicado explícitamente.
Los tamaños de las partículas, el espaciado de las capas y las velocidades se ajustan para que se vea la estructura. A la misma escala, el núcleo sería mucho más pequeño respecto al átomo entero.
La tabla periódica
Selecciona una casilla para cambiar el átomo de arriba. Todos los elementos se pueden elegir.
Prueba con hidrógeno y luego con helio. Un protón pasa a dos, y el átomo neutro también necesita dos electrones. Ahora elige sodio: sus 11 electrones se reparten como 2 + 8 + 1. El electrón más externo importará cuando hablemos de perder un electrón para formar un ion.
04¿Por qué giraría un electrón alrededor del núcleo?
El modelo de Bohr es un modelo fácil de entender para principiantes. Los átomos reales no siguen del todo este modelo: ¿por qué girarían los electrones alrededor del núcleo?
El núcleo positivo atrae a los electrones negativos, así que tenemos una razón para una fuerza hacia dentro. Pero la atracción por sí sola no explica por qué un electrón se quedaría en una órbita circular concreta. Bohr introdujo las órbitas permitidas como regla de su modelo. En la mecánica cuántica describimos dónde puede encontrarse el electrón con una nube de electrones, sin asignarle una trayectoria planetaria fija.
